Thiết bị nhiệt - Chương 6 ppsx

143 CHƯƠNG 6 SẤY VÀ LÒ SẤY 6.1.Ý NGHĨA CỦA QUÁ TRÌNH SẤY. Sấy là quá trình loại trừ hơi ẩm khỏi vật liệu bằng cách bốc hơi chúng ra khỏi môi trường xung quanh. Quá trình sấy chỉ thực hiện được trong trừơng hợp khi áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu sấy hơn áp suất ở môi trường xung quanh, nghĩa là P vl >P mt . Áp suất hơi nước trong vật liệu sấy phụ thuộc vào độ ẩm của vật liệu, nhiệt độ và đặc tính của hơi ẩm đó với vật liệu. Nếu tăng nhiệt độ và độ ẩm của vật liệu thì P vl giảm xuống. Môi trường xung quanh có thể là không khí hoặc hỗn hợp không khí với khói lò. Áp suất hơi nước của môi trường phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường mà ta khống chế. Hầu như trong tất cả các nhà máy Silicat đều có quá trình sấy nguyên liệu hoặc bán thành phẩm hoặc thành phẩm. Trong nhà máy ximăng, than cần phải sấy để dễ dàng qua quá trình nghiền và tăng nhiệt sinh của nó. Nếu sản xuất ximăng bằng phươ ng pháp chuẩn bị phối liệu dạng khô thì cần phải sấy nguyên liệu ban đầu (đá vôi đất sét), hoặc các phụ gia (sỉ lò cao hoạt hóa, trepen…). Trong các nhà máy gốm sứ, vật liệu chịu lửa, cũng cần phải sấy các nguyên vật liệu ban đầu như đất sét, cát… đến độ ẩm xác định. Các bán thành phẩm sau khi tạo hình thường có cường độ cơ học nhỏ và độ ẩm còn quá cao, nếu không sấy nhằ m loại bớt hơi ẩm và tăng cường độ cơ học thì sẽ tăng phế phẩm và giảm năng suất của lò nung. Ở các nhà máy thủy tinh, những nguyên liệu ban đầu như cát, đá vôi, dolomite… cũng cần phải sấy khô trước khi nghiền nhằm tăng năng suất của máy nghiền và phối liệu chính xác. Để thực hiện các quá trình sấy cần phải cung cấp nhiệt. Lượng nhiệt này t ương ứng với lượng nhiệt lý thuyết để bốc hơi ẩm và lượng nhiệt tổn thất. Tùy thuộc vào phương pháp sấy, cấu tạo lò sấy, dạng liên kết hơi ẩm với vật liệu mà lượng nhiệt cung cấp sẽ nhiều hay ít. Sấy vật liệu và sản phẩm có thể thực hiện bằng phương pháp sấy tự nhiên và nhân tạo. Sấy tự nhiên là quá trình hong khô ngoài trời, trong nhà vớ i động lực sấy là không khí tự nhiên. Sấy nhân tạo được tiến hành trong các lò sấy với đông lực sấy là không khí nóng hoặc hỗn hợp không khí với khói lò. Trong công nghiệp, phổ biến nhất là sấy nhân tạo vì năng lượng lớn, chất lượng cao và ổn định, chủ động. 6.2 DẠNG HƠI TRONG VẬT LIỆU. Hơi ẩm (nước) trong vật liệu có nhiều dạng liên kết. Mỗi dạng liên kết đ òi hỏi một năng lượng phá hủy. Dựa theo đại lượng năng lượng phá hủy sự liên kết đó mà viễn sĩ P.P.Rebinder phân loại hơi ẩm trong vật liệu như sau: Hơi ẩm liên kết hóa học. Đó là lượng hơi ẩm hóa hợp với vật liệu theo một tỉ lệ chính xác để tạo thành một chất mới. Lực liên kết ở đây là liên kết ion hoặ c phân tử và không thể loại trừ bằng phương pháp sấy. Ví dụ nước trong các khoáng caolinit Al 2 O 3 .2SiO 2 .2H 2 O ,thạch cao CaSO4.2H 2 O chỉ có thể loại trừ ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sấy. Hơi ẩm liên kết hóa lý được chia làm 3 loại: nước hấp thụ, nước thẩm thấu, nước cấu trúc. Nước hấp thụ có được là do trên bề mặt pha rắn còn có năng lượng dư, nhờ đó pha rắn hấp thụ được những phân tử hơi nước ở bề mặt xum quanh. Đồ ng thời với quá 144 trình hấp thụ hơi nước trên bề mặt pha rắn lại có quá trình xâm nhập hay khuyếch tán hơi ẩm vào trong khối thể của pha rắn. Điển hình nhất về nước hấp thụ là phụ gia thủy lực như trepen, diatomit. Diatomit có thể dùng như chất hấp thụ nước, hơi và khí thẩm thấu trong vật liệu có được là do áp suất thẩm thấu gây nên. Áp suất này xuất hiện nhờ sự hòa tan các chất trong dung dịch. Nước dạng này thường đặc trưng cho những vật liệu hữu cơ nhiều hơn. Nước cấu trúc gắn với vật liệu rắn có thể do làm xít đặc (ép) hay đóng rắn những ngạch tạo ra sớm hơn. Vì vậy nước đó sẽ nằm ở các chỗ hở. Nước cấu trúc đặc trưng nhất cho đất sét mịn bentonit. Hơi ẩm liên kết cơ lý nằ m ở các mao quản do lực mao quản và sức căng bề mặt. Tại mao quản áp suất hơi nước thấp hơn nhiều so với áp suất hơi của môi trường hoặc áp suất hơi ở mặt lồi, vì thế hơi nước sẽ ngưng tụ trong mao quản do hơi nước truyền từ ngoài vào. Ở những lổ lớn (r>10 -5 cm ) không xẩy ra việc ngưng tụ hơi nước vì áp suất hơi trong đó gần bằng áp suất ngoài trời . Nếu nhúng vào nước, các lổ lớn cũng bị lấp đầy nước. Nhưng nước này không liên kết với vật liệu vì vậy nước đó gọi là nước thấm ướt hay nước tự do. Khi sấy có thể loại trừ nước cở lý và hóa lý. Song không thể loại trừ nước liên kết hóa họ c. Khi sấy chúng ta chỉ có thể hạ độ ẩm vật liệu đến độ ẩm cân bằng ứng với độ ẩm và nhiệt độ môi trường. Tuy nhiên trong thực tế sản xuất các vật liệu thường sấy đến độ ẩm cuối cùng và độ ẩm đó tùy thuộc vào yêu cầu của sản xuất. 6.3.QUÁ TRÌNH SẤY ĐỒ GỐM Chúng ta hãy khảo sát các tấm lót bằng đất sét trong điều kiện: Nhi ệt độ và độ ẩm động lực sấy không đổi, áp suất hơi nước trên bề mặt lớn hơn áp suất hơi nước của động lực sấy. Do chênh lệch áp suất hơi đó, hơi ẩm sẽ được bốc hơi đi từ bề vật liệu chỉ liên quan đến khuyếch tán ngoại tức các thông số bên ngoài. Do bốc hơi ẩm từ bề mặt, nướ c lại chuyển từ trong ra bề mặt dưới tác dụng của độ chênh lệch độ ẩm giữa bề mặt và trong vật liệu. Quá trình sấy thường kèm theo biến đổi khối lượng vật liệu sấy do hơi ẩm bị loại trừ. Nếu biết độ ẩm và khối lượng ban đầu của vật liệu có thể vẽ được đường cong biến đổi độ ẩm trong một đơn vị thời gian dw/dZ = f(Z) tức là tốc độ sấy . Quá trình sấy có thể chia làm 3 giai đoạn: • Giai đoạn đốt nóng. Giai đoạn này đặc trưng bằng độ tăng nhiệt độ vật liệu và sự biến đổi độ ẩm không lớn lắm. Tốc độ sấy khi đó tăng rất nhanh đến đại lượng không đổi – điểm A (hình 6.1). Cuố i giai đoạn này nhiệt độ bề mặt vật liệu duy trì không đổi và có cân bằng giữa lượng nhiệt hấp thụ bởi vật liệu và lượng nhiệt tiêu tốn để bốc hơi. Sau đó là tiếp theo giai đoạn tốc độ sấy không đổi. • Giai đoạn tốc độ sấy không đổi. Trong giai này tốc độ duy trì không đổi và về trị số bằng tốc độ bốc hơi từ bề mặt hở. Vì bốc hơi nước từ bề mặt vật liệu cho nên hơi ẩm từ trong đi ra và ở bề mặt vật liệu vẫn có độ ẩm. Nhiệt độ bề mặt vẫn có độ ẩm. Nhiệt độ bề mặt vật liệu t m gần bằng nhiệt độ bầu ướt và duy trì không đổi suốt trong giai đoạn này (đường 3 hình 6.1 ). Áp suất hơi nước trên bề mặt vật liệu bằng áp suất riêng phần của hơi nước bão hòa ở nhiệt độ bề mặt t m và không phụ thuộc vào độ ẩm vật liệu. Giai đoạn này là giai đoạn quan trọng và cũng nguy hiểm bậc nhất vì trong giai đoạn này sản phẩm sẽ bị co kéo theo ứng suất co. Tốc độ duy trì không đổi đến khi độ 145 ẩm của vật thể hạ đến độ ẩm tới hạn W th (điểm K 1 ) và trên bề mặt vật thể độ ẩm hạ tới độ ảm hút w h , từ lúc này quá trình sấy bước sang giai đoạn tốc độ sấy hạ thấp. Độ ẩm hút là độ ẩm cân bằng của vật liệu trong môi trường có áp suất hơi bão hòa nghiã là độ ẩm môi trường φ= 100% Trong thực tế sản xuất, điểm chuyển từ giai đoạn 2 sang giai đoạn 3 hơi khó xác định. Vì điều kiện phân bố hơi giống nhau, cho nên có chỗ ở trên bề mặt độ ẩm vật thể nhỏ hơn độ ẩm hút, có chỗ còn lớn hơn độ ẩm hút. Đó là độ ẩm trung bình của toàn vật liệu. Độ ẩm tới hạn chỉ phụ thuộc vào chế độ sấy, chiều dày sản phẩm và hệ số dẫn ẩm. Khi sản phẩm đạt đến độ tới hạn thì nó kết thúc quá trình co và quá trình sấy tiếp theo chi làm tăng độ xốp của vật thể mà thôi. • Giai đoạn độ sấy hạ thấp. Trong giai đoạn này tốc độ sấy dần dần hạ thấp và khi độ ẩm đạt đến độ ẩm cân bằng thì tốc độ sây trở nên bằng không, nghĩa là không có hiện tượng sấy nữa. Do giảm lượng nhiệt tiêu tốn cho quá trình bốc hơi cho nên một phần nhiệt dùng để đốt nóng sản phẩm lên. Vì vậy, nhiệt độ vật thể tăng dần lên và chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường (động lực sấy) với sản phẩm ngày càng giảm. Việc giảm tốc độ sấy trong giai đoạn này là do áp suất riêng phần của hơi nước ở trên bề mặt của vật liệu hạ xuống và trở nên nhỏ hơn áp suất riêng phần của hơi nước bão hòa ở nhiệt độ bề mặt. Đại lượng độ ẩm cân bằng phụ thuộc vào tính chất của vật liệu và thông số của môi trường xung quanh nghía là nhiệt độ và độ ẩm của môi trường. Ví dụ ở một loại đất sét, độ ẩm cân bằng biến đổi theo độ ẩm và nhiệt độ môi trường biểu thị trong hình 6.2 Các giai đoạn sấy kể trên thấy rõ ràng nhất ở vật liệu có độ ẩm cao. Quá trình sấy có thể khác ít nhiều vì khi sấy bề mặt bốc hơi bị thay đổi, do có kẻ nứt và xuất hiện bề 146 mặt bốc hơi mới. Nhiệm vụ của chúng ta là lựa chọn điều kiện tối ưu về nhiệt độ, độ ẩm tương đối của động lực sấy và thời gián sấy nhằm đảm bảo sấy nhanh và không có phế phẩm. Qua phân tích ở trên chúng ta thấy ở giai đoạn có ứng suất có gây phế phẩm là giai đoạn thứ hai. Vì vậy cần phải không v ỡ, vênh, nứt. Còn trong giai đoạn tốc độ sấy hạ thấp vì ở giai đoạn này không có ứng suất co. 6.4 SỰ CHUYỂN HƠI ẨM BÊN TRONG VẬT THỂ. Khi sấy sản phẩm đồ gốm, hơi ẩm được bốc hơi đi từ bề mặt của chúng, do đó nồng độ hơi ẩm ở trung tâm trở nên lớn hơn so với bề mặt. Kết qu ả hơi ẩm lại chuyển từ trung tâm ra bề mặt dưới tác dụng của chênh lệch (gradient) độ ẩm hay nồng độ hơi ẩm giữa trung tâm và bề mặt của nó. Cơ cấu và tốc độ chuyển hơi ẩm khi các thông số động lực sấy như nhau (Pavlov) phụ thuộc hình dạng, sự liên kết hơi ẩm với vật liệu và những tính chất khác của nó. Hơi ẩ m có thể vận chuyển ở dạng lỏng hoặc dạng hơi. Hiện tượng chuyển hơi ẩm ở dạng lỏng dưới tác dụng của lực mao dẫn và lực khuyết tán thẩm thấu, A.V.Lưtov gọi là độ dẫn ẩm. Khi đó sự chuyển hơi ẩm tỷ lệ với gradient độ ẩm trong vật thể. Hơi ẩm vận chuyển ở dạng lỏng khi độ ẩm của vật thể lớn hơn độ ẩm hút. Hiện tượng chuyển hơi hoặc chuyển vận bằng khuyếch tán gọi là độ dẫn hơi. Hiện tượng này chỉ xảy ra khi độ ẩm của vật liệu nhỏ hơn độ ẩm hút và các mao quản thường bị chiếm chỗ bởi chất lỏng. Khi có mặt gradient nhiệt độ bên trong vật thể, do có dòng xuất hiện mà hơi ẩm chuyển từ chỗ nhiệt độ cao đến nhiệt độ thấp hơn. Trường hợp này Lưtov gọi là nhiệt độ gần hoặc lớn hơn 100 o C thì mới ở dạng hơi. Toàn bộ dòng hơi ẩm hay lượng hơi ẩm chuyển đi trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị bề mặt bên trong vật thể, m được xác định bằng phương trình sau: hmKg x P DK x w Km 2 00 / 100 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +± ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −= δ δ γγδ δ δγ (6.1) .m:tốc độ dẫn ẩm. (kg/m 2 .h) Trong đó: K hệ số dẫn ẩm (m 2 /h). Hệ số K là lượng hơi ẩm chuyển đi trong một đơn vị thời gian, qua một đơn vị bề mặt khi chênh lệch nồng độ hơi ẩm 1g/cm 3 trong một đơn vị chiều dài. γ 0 _ Trọng lượng thể tích của vật liệu khô tuyệt đối (Kg/m 3 ). δ hệ số gradient nhiệt 1/ 0 C . D hệ số chuyển hơi m 2 /h.atm. x w δ δ , x t δ δ , x p δ δ - gradient độ ẩm, nhiệt độ và áp suất hơi xuất hiện trong vật thể. Số hạng đầu của phương trình trên biểu thị sự chuyển hơi ẩm ở dạng hơi và lỏng do tác dụng của gradient độ ẩm và K. Dấu âm có nghĩa là độ ẩm hay nồng độ ẩm giảm dần theo chiều chuyển động của nó. Với đất sét và các vật liệu khác, khi độ ẩ m của vật liệu nhỏ hơn độ ẩm hút (điểm tới hạn) trị số K phụ thuộc vào độ ẩm và nhiệt độ vật thể. K giảm nếu giảm độ ẩm và nhiệt độ. Nếu độ ẩm lớn hơn độ ẩm hút thì K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ vật thể và tăng 147 nếu tăng nhiệt độ. Ví dụ ở một loại đất sét K=11,3.10 -5 m 2 /h khi nhiệt độ vật thể = 35 0 C khi chênh lệch độ ẩm của đất sét từ 21,4 đến 8,9%. Số hạng thứ hai biểu thị sự chuyển hơi ẩm dưới tác dụng của gradient nhiệt độ. Nếu nhiệt độ bề mặt vật liệu t m lớn hơn trung tâm thì hơi ẩm sẽ chuyển từ bề mặt vào trung tâm vật thể (khi sấy bức xạ và đối lưu), hoặc kìm hãm ngăn trở sự chuyển hơi ẩm từ trong ra ngoài. Khi sấy cao tần, nhiệt độ bên trong vật thể lờn hơn nhiệt độ bề mặt, hơi ẩm sẽ chuyển từ trong ra mặt ngoài vật thể làm quá trình sấy tăng nhanh (dấu âm). Trị số δ đối với đất sét (và các vật thể xốp có mao quản khác) phụ thuộc vào độ ẩm của chúng. δ có trị số lớn nhất ở điểm tới hạn, nó sẽ giảm nếu càng xa điểm này tức là tăng hay giảm độ ẩm. Ví dụ ở một lại đất sét δ =0,0006 1/ 0 C khi W=5%, δ =0,00125 1/ 0 C khi W=10%, δ =0,00076 1/ 0 C khi W=20%. Số hạng thứ ba biểu thị sự chuyển hơi ẩm dưới dạng hơi dưới ảnh hưởng của gradient áp suất dư và D. Hiện tượng này xảy ra khi sấy bức xạ và tần số cao, do nhiệt độ tương tự như K, nghĩa là tăng nhiềt độ thì D tăng. Khi độ ẩm vượt quá điểm tới hạn thì D không phụ thuộc vào độ ẩm nữa, n ếu dưới điểm tới hạn thì D giảm độ ẩm vật thể. Khi t=115 ÷120 0 C và độ ẩm lớn hơn độ ẩm tới hạn thì trị số D ở loại đất sét D=1.1C - 4 m 2 /h.atm. Thực tế nhiệt độ, độ ẩm và áp suất bên trong vật thể này càng cao thì tốc độ sấy càng lớn. Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi tức là độ ẩm vật thể lớn hơn độ ẩm hút (tới hạn), đối với các tấm vật liệu đất sét, hơi ẩm được loại trừ khỏi vật liệu ở dạng lỏng. Vì là tấ m mỏng nên chênh lệch nhiệt độ theo chiều dày coi như bằng không 0 = ∆t do đó hơi ẩm phân bố theo chiều dày sản phẩm S là đương parabol và lượng hơi ẩm chuyển từ trong tới mặt vật liệu luôn luôn không đổi và bằng lượng hơi ẩm tách ra từ bề mặt vật liệu ra môi trường xung quanh. Lượng hơi ẩm này tỉ lệ với gradient độ ẩm bề mặt. ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ x w m δ δ = - () S WW mt 100 4 − (6.2) và dòng hơi ẩm sẽ bằng: m= m x w K ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ δ δ γ 100 0 = () 100 4 0 mt WWK − γ Kg/ m 2 .h (6.3) Hình 6.3 sơ đồ phân bố độ ẩm (a) và ứng suất (b) theo chiều dày sản phẩm. Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi, trị số của K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của vật thể để có thể xác định được. 148 Ví dụ: Khi nghiên cứu phối liệu gồm 40 ÷ 45% đất sét và 55 ÷ 60% samốt. Khi độ ẩm W>W hút , K chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. K= sec/cm 10.8,2 290 T 2 0 5 γ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − (6.4) Khi độ ẩm W<W hút , K phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm K= 0,2 + )5.6sec(/cm 10.8,2 290 T WT00246,013 3,0 T373 4,1 2 0 5 14 γ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −−− + − − Trong đó T - nhiệt độ vật liệu . 0 K m-trọng lượng vật liệu khô trong một đơn vị thể tích vật liệu ẩm, g/cm 3 w- độ ẩm vật thể, % Giả thiết hệ số dẫn ẩm K phụ thuộc vào độ nhớt của nước, thì giá trị K trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi có thể xác định gần đúng theo công thức (chỉ đúng khi nhiệt độ từ 30 đến 60 0 C). K= K h [] )10(03,0 + d t cm 2 /sec (6.6) K h - hằng số đối với mỗi loại vật liệu. Ví dụ đất sét làm gạch. K h = 0,695 .10 4 cm 2 /sec, đất sét làm ngói K h =0,515.10 4 cm 2 /sec t d – nhiệt độ đất sét 0 C. 6.5. ỨNG SUẤT CO VÀ BIẾN DẠNG KHI SẤY Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi, sản phẩm sấy bị co lai. Đối với vật liệu đất sét, sự phụ thuộc giữa kích thước và độ ẩm được biểu thị bằng phương trình sau: l=l 1 () [] 1 1 ww −+ α cm (6.7) l- kích thước dài ban đầu của vật thể ở độ ẩm w tính bằng cm. l 1 - kích thước dài của vật thể ở độ ẩm w 1 , cm. W- độ ẩm ban đầu của vật thể, độ ẩm tuyệt đối. W 1 độ ẩm cuối cùng của vật thể, khi đó kết thúc co, độ ẩm tuyệt đối(vì đất sét w 1 =w th ). w α -hệ số độ dài, là độ giảm tương đối kích thước dài của vật liệu khi loại trừ khỏi vật liệu 1% hơi ẩm (khoảng bằng 0,006). Độ co dài tuyệt đối của sản phẩm: 1 lll −=∆ , cm (6.8) Độ co tương đối: 11 1 λ λ δ ∆ = − = l ll w cm hoặc 1 λ λ δ ∆ = w 100% (6.9) Thay thế vào phương trình trên (7.9) giá trị l (6.7) () [] () 1 111 1 1 1 ww lwwl l ll w w w −= −−+ = − = α α δ (6.10) Do phân bố hơi ẩm không đếm theo chiều dày sản phẩm có hình dạng đơn giản (tầm, cầu, trục), lớp bên ngoài được sấy khô sớm hơn nên bị co, còn lớp bên trong chưa được sấy hay sấy chậm hơn, vẫn giữ kích thước ban đầu. Kết quả lớp bên ngoài bị kéo căng bởi lớp bên trong, và lớp bên trong bị nén bởi lớp bên ngoài, điều đó dẫn tới nứt n ẻ hoặc cong vênh sản phẩm. 149 Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi, hơi ẩm phân bố theo chiều dày S theo đường parabol. Bề mặt của tấm có ứng suất kéo, ứng suất này giảm dần vào phía trong vật thể và bằng không ở bề mặt trung gian. Ở đây độ ẩm của lớp bằng độ ẩm tao hình của vật thể. Sau đó ứng suất kéo (-) chuyển sang ứng suất nén (+) và ứng suất nén tăng dầ n đến gia trị cực đại ở trung tâm vật thể. Đại lượng ứng suất xuất hiện phụ thuộc vào chênh lệch nồng độ hơi ẩm mattam CCC −=∆ hoặc chênh kệch độ ẩm mattam WWW − = ∆ giữa tâm và bề mặt vật thể và hệ số đo dài α mà không phụ thuộc vào chiều dày của sản phẩm. Nói cách khác, ứng suất xuất hiện khi sấy phụ thuộc vào đại lượng co. Qua kết quả kiểm tra thực nghiệm những giả định trên, người ta xác định được rằng thông số hay chuẩn số tạo kẽ nứt quyết định chế độ sấy và khả năng xuất hiện ứng suất nguy hiểm và kẽ nứt trong vật li ệu gốm ẩm là chênh lệch độ ẩm cho phép cực đại là độ ẩm trung bình của vật thể và độ ẩm tren bề mặt của nó w m , tức là: %)( maxmax. mtbm WWW − =∆ (6.11) Trong điều kiện phân bố hơi ẩm theo hình parabol theo chiều dày của tấm(trụ,cầu……) thì chuẩn số quyết định là chênh lệch độ ẩm cho phép cực đại ở trung tâm vật thể w t và bề mặt của nó w m tức là: %)( maxmax mtb WWW −=∆ (6.12) Đối với mỗi loại đât sét thì chuẩn số tạo kẽ nứt này được xác định bằng thực nghiệm chứ không phải bằng phương pháp tính toán. Trị số n W ∆ và nax W∆ không phụ thuộc vào chiều dày vật thể, mà chỉ phụ thuộc vào loại đất sét vì cường độ đất sét khi đó tăng lên. 6.6.NGUYÊN NHÂN XUẤT HIỆN KẼ NỨT Khi sấy ta thương gặp một số dạng phế phẩm do nứt nẻ. Chúng ta hãy khảo sát những nguyên nhân gây nên phế phẩm đó. Sản phẩm dạng tấm có thể bị phá huỷ hoàn toàn khi sấy hai phía đều xuất hiện chênh lệch độ ẩm tới hạn theo chiều dày của chúng. Do có chênh lệch độ ẩm tới hạn nên cường độ sấy tăng quá nhanh. Vì thế lớp bề mặt co nhiều trong khi đó lớp ở giữa co quá ít. Kết quả mặt nứt xuất hiện theo toàn thể tích của sản phẩm (hình ). Nếu sấy sản phẩm mỏng như tấm lát, ngói ta có thể gặp phế phẩm do nứt cạnh và nứt tâm.(hình ) V ết nứt cạnh thường xuất phát từ cạnh sản phẩm trong giai đoạn đầu của quá trình sấy. Sự biến đổi độ ẩm ở cạnh, góc sản phẩm nhanh hơn ở trung tâm, do đó ở cạnh, góc sẽ co nhiều hơn và nhanh hơn. Nếu chênh lệch độ ẩm ở cạnh góc và trung tâm vượt quá giới hạn cực đại cho phép thì vết nứt sẽ nỏ ra từ cạnh c ủa chúng. Nứt tâm là vết nứt ở phần giữa mặt sản phẩm. Ở khu vực gần cạnh góc đã kết thúc quá trình co, tức là đã bước sang giai đoạn sấy thứ 3, trong khi đó phần giữa sản phẩm vẫn đang co tức là vẫn đang ở giai đoạn sấy thứ 2, lớp ngoài đã vững chắc sẽ kéo căng lớp trong, cuối cùng lớp trong bị đứ t thành dạng nứt tâm. Để tránh nứt cạnh và nứt tâm cần phải tránh tạo ra chênh lệch độ ẩm giữa cạnh góc và phần giữa của sản phẩm. N.N.Dobrokhotov và A.F .TrizKii đã chứng minh điều đó bằng thực nghiệm như sau: lấy dầu mazút, dầu máy bôi lên góc cạnh của tấm lát, 150 ngói. Những chất trên cản trở bốc hơi nước ở cạnh làm giảm chênh lệch độ ẩm giữa cạnh góc và phần giữa của sản phẩm. Cho nên phế phẩm ở dạng này khơng xuất hiện khi sấy. Khi xếp sản phẩm lên khung sấy, khung sấy sẽ giữ sản phẩm lại. Do sản phẩm co, cho nên đoạn giữa hai khung phải có kích thước nhỏ hơn khoảng cách của khung. Vì vậ y trên sản phẩm sẽ có vết nứt ở một hoặc hai chỗ ứng với cạnh của khung sấy. Trường hợp này gọi là nứt khung. Để tránh nứt khung cần phải lót trên mặt khung cát min hoặc tro để sản phẩm có thể trượt trên khung khi co. Hình 6.4. Các dạng phế phẩm do nứt. a) - Nứt mặt b) – Nứt cạnh c) – Nứt tâm d) – Nứt do khung Kẽ nứt có thể xuất hiện ở ngay cả sản phẩm đã sấy khơ. Song kích thứơc kẽ nứt rất nhỏ goi là nứt viti. Ngun nhân cơ bản là do sản phẩm sấy q khơ, khi ra ngồi sản phẩm sẽ hút nước từ khơng khí bên ngồi. Kết quả mạch liên kết giữa các hạt đất sét bị phá vỡ bởi nước hấp thụ đó. Có thể ngăn ngừa nứt viti bằng cách: khơng được sấ y khơ q đến độ ẩm thấp hơn độ ẩm cân bằng trong khơng khí ngồi trời, khơng đặt sản phẩm sấy khơ trong mơi trường q ẩm, nên bố trí sấy và nung liên hợp để khơng phải bốc dỡ từ sấy sang nung qua mơi trường bên ngồi. 6.7. TỐC ĐỘ SẤY. Tốc độ sấy là lượng hơi ẩm loại khỏi vật liệu trong một đơn vò thời gian từ 1m 2 bề mặt bốc hơi (kg/m 2 .h). Tốc độ sấy trung bình sau thời gian (h) khi bề mặt bốc hơi F(m 2 ) và lượng nước bốc hơi w(kg) được xác đònh bằng: M tb = kg/m 2 . h (6.13) Đại lượng M tb cũng được gọi là cường độ sấy. Khi sấy đối lưu những sản phẩm mỏng, M tb đạt được 0,4 kg/m 2 .h và khi sấy bức xạ -3,25 kg/m 2 .h Tốc độ sấy trong những giai đoạn thời gian riêng biệt biến đổi nhiều theo sự biến đổi độ ẩm, nhiệt độ, tính chất vật lý của vật liệu và động lực sấy. W F.T 151 Tốc độ sấy trung bình tối ưu xác đònh bằng thực nghiệm hoặc bằng tính toán. Khi đó chênh lệch độ ẩm cho phép theo chiều dày sản phẩm là chuẩn số quyết đònh. Trong giai đoạn tốc độ sấy không đổi, tốc độ sấy cho phép cực đại (không gây vênh nứt sản phẩm) M max đối với sản phẩm dạng tấm có chiều dày S trong điều kiện sấy đồng đều 2 phía được xác đònh theo công thức: M max = 0,04K γ0 kg/m 2 . h (6.13) K – Hệ số dẫn ẩm, m 2 /h, nó phụ thuộc vaò loại vật liệu sấy. γ 0 – Trong lượng thể tích của đất sét khô 1600 ÷ 1800 kg/m 3 ∆W max = (W tb - W m ) max Chênh lệch độ ẩm cho phép cực đại theo chiều dày sản phẩm giữa tâm vàbề mặt của chúng, %. Đại lượng này phụ thuộc vào loại và cường độ đất sét. Từ phương trình trên ta thấy rằng, M max tỷ lệ nghòch với chiều dày S, nếu tăng nhiệt độ và giảm độ ẩm thì M max có thể tăng lên vì trò số K tăng lên và ∆W max tăng lên. A. F TrizSki đã nghiên cứu sự phụ thuộc ∆W max vào độ ẩm ban đầu w d và nhiệt độ của đất sét của một loại đất sét. Hình 6-5 và 6-6. ∆W max S 152 Hinh ve [...]... bảng 6- 8 Ngun liệu Kích Độ ẩm tuyệt đối của Nhiệt độ khí 0C thước vật liệu (%) hạt (mm) W W Ban đầu Lúc sau Tốc độ chuyển động (m/s) Than Than Than Than Than Than cám Antra Than bùn Sulfat manhe 1 2-3 1 1 2-3 1 1 2-3 1 1 7-2 0 3 0-4 4 1 6- 2 5 1 9-3 3 4 0-4 2 đ 0-3 3 -6 6- 1 0 0-1 5 0-2 0 0-1 5 0-1 0 0-8 4 5-5 5 4 5-5 5 4 5-5 5 4 0 -6 0 4 7-5 1 8-1 4 10 0-1 40 9 2-9 7 c 2-4 0 2-4 0 2-4 0 2 7-4 3 2 6- 3 4 3-5 1 8-5 7 1 1-2 5 500 500 500 20 0-4 00 400 24 0-3 80... 40 0-7 00 61 0-7 20 26 0-3 40 26 0-3 40 10 0-2 40 15 0-1 90 15 0-2 80 320 100 27 3-3 50 165 Cường độ sấy theo hướng hơi ẩm ở lò sấy nghiền liên hợp rất cao q w =30 0-3 50 3 0 kg/m h Động l ực sấy đi vào ống sấy có nhiệt độ 30 0-8 00 C và tốc độ 1 0-3 5 m/s Hạt vật liệu càng nhỏ, hàm lượng hơi ẩm tự do càng cao lò sấy này càng kinh tế hơn Hợp lý hợp lý hơn cả khi sấy trong ống sấy này có kích thước hạt khơng q 10mm, nhiệt. .. k F 2 ( N) ( 6- 4 4) V-thể tích hạt vật liệu m3 ρ vl -Mật độ hạt vật liệu kg/m3 ( mật độ biểu kiến ) ξ -hệ số can Vth-tốc độ giới hạn của hạt m/s F-bề mặt ngang của hạt m2 2 Vth ρ k - p suất tốc độ của dòng khí chuyển động N/m2 2 Từ phương trình 6- 4 4 ta có: 2 V ρ vl g Vth ρk = (N/m) ξ F 2 Đối với hạt tròn dường kính D ( 6- 4 5) 2 Vth π d 3 ρ vl g 4 2 ρ vl g = = 2 3 ξ 6. π d 2 ξ (N/m2) ( 6- 4 6) Từ đây tốc... (KW) ( 6- 41) β - Hệ số cơng suất, trong bảng 6- 7 162 Bảng 6- 6 Đặc tính kĩ thuật của lò sấy thùng quay Số của lò 1 2 3 4 5 6 Đường kính trong 1,5 1,8 2,2 2,2 2,8 2,8 Dtq, m Chiều dài Ltq, m 8,0 12,0 12,0 14 12 14 3 Thể tích Vtq, m 14,2 30,5 45,5 53,2 74 86, 2 Tỷ lệ L/D 5,3 6, 7 5,5 6, 4 4,3 5,0 Số ổ đệm 25 28 28 28 51 51 Chiều dày vỏ thép 10 12 14 14 14 14 S, m Trọng lượng trung 13 ,6 24 42 45,7 65 70 bình... - ộ dẫn nhiệt của khí ở nhiệt độ trung bình của lò sấy, w/m.độ F- Tiết diện ngang của lò sấy , m2 d - ường kính của hạt bụi hồ , m vb - Tốc độ bay của hạt ở nhiệt độ trung bình của lò sấy , m/s vk - Tốc độ trung bình của khí trong lò sấy, m/s 173 Các cơng thức trên dùng trong điều kiện thơng số biến đổi như sau: G = 10 - 90 kg/h vk = 0,19 - 0,35 m/s -6 vb = 0, 06 – 0,25 d = ( 46 - 168 ).10 m w1 =44.3 – 87... khoảng 0,1 5-0 ,20 Độ dày cao nhất ở lò quay có đệm kiểu ơ bên trong Bảng 6- 5 Chế độ sấy trong lò sấy thùng quay Cườn Khối Kiểu đệm Kích Độ ẩm Độ Nhiệt độ Nhiệt 0 khí vào C độ khí g độ lượng thể nên dùng Vật liệu thước đầu % ẩm ra 0C bốc tích vật cuối hơi liệu tơi % 3 ẩm Kg/m Kg/m3 Đất sét Đến 22 5 60 0-7 00 8 0-1 00 5 0 -6 0 1800 Cánh sới Cao lin 40 25 0,5 800 100 36 1800 Ơ đệm “ “ 27 0,7 80 0-1 000 60 42 1500... được thông số động lực theo công thức sau: ( 6- 1 5) Mmax = 0,112 β (pm – pdl) kg/m2.h 153 β - Hệ số chuyển khối β = 0,00 168 ÷ 0,00128 v, 1/h ( 6- 1 6) v- Tốc độ động lực sấy 1,8 ÷ 3m/sec pm , pdl – Áp suất riêng của phần hơi nước bào hòa ở nhiệt độ bề mặt tm (3 5-4 50C) và môi trường, N/m2 Từ phương trình trên có thể tìm thấy pdl, sau đó theo biểu đồ I-d và theo tm- nhiệt độ bầu ướt và pdl ta tìm thông số động... với độ ẩm ban đầu Wd)-kg/m3 ρ c - mật độ vật liệu khơ(ứng với độ khơ ban đầu Wk) Wa-Lượng hơi ẩm ρ W Wc= d kg/m3 ( 6- 5 1) 100 w- độ ẩm tương đối của vật liệu ,% Nếu vật liệu khi sấy khơng thay đổi thì ρ W ρd = ρc + d kg/m3 ( 6- 5 2) 100 Từ đây ta có: ρd = ρc + 100 100 − W kg/m3 ( 6- 5 3) Nếu khơng sấy đến khơ tuyệt đối, mà chỉ từ wd đến wc thì: 168 ρd = ρc + 100 − Wd 100 − Wc kg/m3 ( 6- 5 4) Chiều dài của ống... hạn wth Điểm xuất phát từ trục hoành – độ ẩm ban đầu wđ 1 Kđ = Mmax ≈ 0,09A K3c + 1 (6. 21) A : Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt sản phẩm (trong bảng 6- 3 ) Kc : Độ nhạy của đất sét khi sấy (bảng 6- 4 ) Bảng 6- 3 : Giá trò hệ số A theo nhiệt độ bề mặt tm 60 55 50 45 40 35 30 tm 0C 1,01 0,89 0,8 0,75 0,70 0 ,62 0,53 A Bảng 6- 4 : Giá trò độ nhạy K0 155 Tính đất sét Kc Tác giả nghiên cứu Đất sét Grodov 50% cát... độ bốc hơi lớn hơn và thời gian sấy kéo dài khoảng 1, 5-2 ,5 giây Vật liệu này được tách ra trong cyclon Tiết diện ngang của ống sấy được xác định theo tốc độ và động lực sấy π D 2 Vk 2 F= = (m ) ( 6- 4 2) 4 vk Từ đây đường kính trong ống sấy bằng: D= 1.13 Vk vk (m) ( 6- 4 3) ( 6- 4 3) 166 Vk -Lượng động lực sấy đi vào ống sấy ở nhiệt độ ban đầu m3/s vk-Tốc độ động lực sấy (m/s) Tốc độ động lực sấy bao giờ . 19,8 6, 0 15 21 25 5 0,5 0,7 1,8 0,3 3,0 0,3 15 60 0-7 00 800 80 0-1 000 80 0-1 000 1000 700 500 60 0 8 0-1 00 100 60 60 90 - 90 74 5 0 -6 0 36 42 28 100 804 1 8-2 5 25,8. kg/m 2 .h ( 6- 1 5) V 100 F 154 β - Hệ số chuyển khối β = 0,00 168 ÷ 0,00128 v, 1/h ( 6- 1 6) v- Tốc độ động lực sấy 1,8 ÷ 3m/sec. p m , p dl – Áp suất riêng của phần hơi nước bào hòa ở nhiệt. Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt sản phẩm (trong bảng 6- 3 ) K c : Độ nhạy của đất sét khi sấy (bảng 6- 4 ) Bảng 6- 3 : Giá trò hệ số A theo nhiệt độ bề mặt t m t m 0 C 60 55 50 45 40 35